“calibraciÓn de multÍmetros digitales”€¢ ea–4/02 expression of the uncertainty of...
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“CALIBRACIÓN DE MULTÍMETROS DIGITALES”
HENRY POSTIGO LINARES
Sub Jefe del Servicio Nacional de Metrología
18 de mayo de 2012
CONTENIDO
1.- Metrología eléctrica
2.- Multímetros: características
3.- Métodos de Calibración
4.- Calibración de multímetros
5.- Referencias
Metrología eléctrica
• Las mediciones eléctricas son hechas en mayor cantidad que otros parámetro combinados
• Hacer mediciones de precisión puede tomar a un técnico en calibración años de práctica y experiencia
Metrología eléctrica
• Su campo es amplio. Comprende:Potencia, energía, frecuencia, tiempo, corriente y tensión DC-AC, resistencia, entre otros.
• Patrones:Comparador de energía; reloj de cesio; referencia estándar DC; resistencia eléctrica
Multímetros: características• Instrumento que permite realizar mediciones
de diferentes magnitudes eléctricas
• Tienen múltiples rangos para la medición de una magnitud
• Pueden ser analógicos o digitales
• Pueden controlarse por software a través de una PC (multímetros digitales)
• De fácil uso y transporte
• Alcanzan muy buena exactitud
Multímetros• Diagrama de bloques de un multímetro
digital
Métodos de calibración• Método directo: utilizando un calibrador como
patrón
Métodos de calibración• Método indirecto: por comparación con otro
multímetro
Calibración de multímetrosEquipos y materiales
• Incertidumbre de calibración al menos tres veces menor que la tolerancia permitida
• Cables adecuados para las conexiones entre los patrones y los multímetros.
• Ambiente con temperatura y humedad controlada
• Termómetro e higrómetro con exactitud apropiada.
Calibración de multímetrosPreparación
•Contar con el manual del multímetro a calibrar•Buen estado de batería y fusibles•Esperar estabilización térmica si lo requiere•Certificados de los patrones vigentes•Temperatura y humedad en las condiciones indicadas por el fabricante o las de referencia del laboratorio (generalmente 23 ºC ± 2 ºC y no mayor a 75 %)•No realizar ninguna conexión a los bornes de salida del calibrador si hay tensión presente en esos bornes.
Calibración de multímetrosPuntos de calibración para multímetros de 3½ ó 4½ dígitos
RANGOS Nº DE PUNTOS VALORES DE PRUEBA(% FONDO DE ESCALA)
TENSIÓN CONTINUA
TODOS 3 10%, 90%, -90%
UN RANGO INTERMEDIO 5 10%, 50%, 90%, -50%, 90%
CORRIENTE CONTINUA
TODOS 1 90%
UN RANGO INTERMEDIO 2 90%, -90%
RANGO IGUAL O MAYOR DE 2 50%, 90%
RESISTENCIA
TODOS 1 90%
EL RANGO MENOR 2 0%, 90%
TENSIÓN ALTERNA
RANGOS MENORES A 0.5 V 4 10%, 90% a 60 Hz, 1kHz
RANGOS MAYORES O IGUALES DE 0.5 V 2, 3 90%, 60 Hz, 1 kHz, (20kHz)
UN RANGO INTERMEDIO 4, 6 10%, 50% a 60 Hz ó 1 kHz 90% a 60Hz, 1 kHz, (20-100) kHz
CORRIENTE ALTERNA
TODOS 2 90% a 60 Hz, 1 kHz
Calibración de multímetrosPuntos de calibración para multímetros de 5½ dígitos
RANGOS Nº DE PUNTOS VALORES DE PRUEBA(% FONDO DE ESCALA)
TENSIÓN CONTINUA
TODOS 3 10%, 90%, -90%
UN RANGO INTERMEDIO 5 10%, 50%, 90%, -50%, 90%
RANGO MAYOR DE 200 V 4 10%, 50%, 90%, -90%
CORRIENTE CONTINUA
TODOS 2 10%, 90%
UN RANGO INTERMEDIO 3 10%, 90%, -90%
RANGO IGUAL O MAYOR DE 3 10%, 50%, 90%
RESISTENCIA
TODOS 2 10%, 90%
TENSIÓN ALTERNA
RANGOS MENORES A 0.5 V 4, 6 10%, 90% a 60 Hz, 1 kHz (20) kHz
RANGOS MAYORES O IGUALES DE 0.5 V 4, 8 10% a 60 Hz, 1 kHz, (20 kHz), 90% a 60 Hz,1 kHz, (20-50-100) kHz
UN RANGO INTERMEDIO 5, 10 10%, 50% a 60 Hz ó 1kHz 90% a 60 Hz, 1kHz, (20-100) kHz
RANGO MAYOR DE 200 V 5, 8 10% a 60 Hz, 1 kHz, (20 kHz) 50% a 1 kHz, (50) kHz 90% a 60 Hz, 1 kHz, (10) kHz
CORRIENTE ALTERNA
TODOS 3 10%, 1 kHz, 90%, 60 Hz, 1 kHz
Mediciones
Consideraciones para calibración en tensión continúa y alterna
• Antes de iniciar la calibración en tensión continua, se deberealizar un ajuste de cero en el multímetro
• Usar conductores y conectores de cobre u otros materialesque generen bajas fuerzas termo electromotrices en suunión con el cobre (pequeñas tensiones en continua)
• Es conveniente usar conductores de conexión coaxialespara tensión alterna a frecuencias superiores a 10 kHz
Calibración de multímetros
Mediciones
Consideraciones para calibración en resistencia
• Algunos multímetros de 5½ dígitos, e incluso algunos de4½ con capacidad de medida de resistencia a cuatro hilos, tiene la posibilidad de realizar un ajuste a cero
• Existen tres formas de conexión para medir resistencia:
- Medida a dos hilos sin compensación(ver fig. 2)
- Medida a dos hilos con compensación(ver fig. 3)
- Medida a cuatro hilos con compensación (ver fig.4)
Calibración de multímetros
Calibración de multímetrosEsquemas de conexión
Medición de resistencia a dos hilos sin compensación
Calibración de multímetrosEsquemas de conexión
Medición de resistencia a dos hilos y cuatro hilos con compensación
Calibración de multímetrosCálculo de incertidumbreLa determinación del error, , de la indicación obtenida con el multímetro a calibrar para tensión continua y medidas de resistencia a dos hilos requiere que se realicen dos medidas, una primera con la señal aplicada y una segunda con un cortocircuito en bornes del multímetro.
Donde:
: Indicación del multímetro cuando se aplica la señal (tensión, resistencia) conel calibrador.
: Indicación del multímetro cuando se aplica un cortocircuito en su entrada.: Corrección debida a la resolución finita del multímetro cuando se aplica la
señal ( ).: Corrección debida a la resolución finita del multímetro cuando se aplica el
cortocircuito ( ).: Valor de la señal (tensión o resistencia) aplicada con el calibrador.: Corrección del valor de la señal aplicada por el calibrador debida a múltiples
efectos.
PPiMiMiMiMM IIIIIIe 00
iMI
0iMI
iMI
0iMI
PIPI
iMI
0iMI
Me
Calibración de multímetros
Cálculo de incertidumbre
Nota: El error, , de la indicación obtenida en el multímetro a calibrar para el resto de magnitudes (tensión alterna, corriente y resistencia a cuatro hilos) y cuando el instrumento permite su ajuste a cero, se obtiene mediante una simplificación de la expresión anterior ya que no se realiza lectura en cortocircuito.
PPiMiMM IIIIe
Me
Calibración de multímetrosCálculo de incertidumbreBalance de las componentes
Nota: los coeficientes de sensibilidad se calculan como las derivadas parciales de eM, respecto de cada una de las magnitudes evaluadas en el punto de calibración considerado
Magnitud, Mejor valor estimado de la magnitud
Incertidumbre típica (k=1)
Distribución de probabilidad considerada
Coeficiente de sensibilidad,
Contribución a la incertidumbre
Medida de los valores de ( ) normal
0 rectangular
0 rectangular
Corrección certificada según certificado del
calibradorrectangular
-- -- -- --
iMiM )( iMu iC )( yui
0iMiM II 0iMiM II 5
)( iMIs11 C
5)(
)(1iMIs
yu
iMI32.Re s 12 C
32.Re)(2
syu
0iMI32.Re s 13 C
32.Re)(3
syu
PIk
espec. 14 Ck
especyu .)(4
Me 2)()( yueu iM
Me
Referencias
• EA–4/02 Expression of the uncertainty of measurement in calibrations. European cooperationfor accreditation (EA).
• Guide to the expression of uncertainty inmeasurement.
• EURAMET/cg-15/v.01 Guidelines on the calibration ofdigital multimeters.
• Procedimiento EL-001 para la calibración demultímetros digitales. CEM